北京市2001～2010年能值生態(tài)足跡分析

劉洋

(吉林省環(huán)境監(jiān)測中心站，吉林長春130011)

“生態(tài)足跡(ecological footprint)是由Rees于1992年提出的”①,“經(jīng)過Wackernagel和Rees發(fā)展為生態(tài)足跡分析法(eco-footprintAnalysis)”②,“并得到廣泛應(yīng)用。Wackernagel等采用世界平均產(chǎn)量分析了意大利1993年的生態(tài)足跡。Vuuren在2000年應(yīng)用生態(tài)足跡的時間序列分析，對貝寧、不丹、哥斯達(dá)尼加和荷蘭的生態(tài)承載力進(jìn)行了比較研究③”，Erb以當(dāng)?shù)氐钠骄a(chǎn)力為標(biāo)準(zhǔn)對奧地利的生態(tài)足跡進(jìn)行了縱向分析，之后還有WWF組織對世界150多個國家的生態(tài)足跡計算③④⑤。生態(tài)足跡的概念自2000年徐中民、楊開中等學(xué)者將其引入國內(nèi)以來，得到了很多相關(guān)學(xué)者的重視，應(yīng)用于各種尺度各種時段的研究。如徐中民等對1999年生態(tài)足跡的分析⑥，“Kimber ley War ren-Rhodes等對香港地區(qū)的研究，馮君君對臺灣地區(qū)的研究（1991）⑦⑧，等等”，“劉宇輝等⑨和陳東景等⑩對中國歷年生態(tài)足跡的研究”。

生態(tài)足跡是一種非常簡單易用的自然資本的統(tǒng)計工具，而且缺陷也很明顯，近些年很多學(xué)者對生態(tài)足跡模型的改進(jìn)不斷，其中最具代表性的是能值理論與生態(tài)足跡理論結(jié)合,改進(jìn)和完善了生態(tài)足跡模型。20世紀(jì)80年代美國著名生態(tài)學(xué)家Odum在能量系統(tǒng)分析的基礎(chǔ)上，創(chuàng)立了能值分析理論，能值理論為生態(tài)經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)過程及格局的定量研究開拓了一條新的途徑，“趙晟⑾等通過結(jié)合能值分析和傳統(tǒng)生態(tài)足跡計算形式建立了修正的生態(tài)足跡計算方法，并以甘肅省為例進(jìn)行了傳統(tǒng)方法與改進(jìn)方法的分析比較”，“陳斌和陳國謙⑿運(yùn)用傳統(tǒng)生態(tài)足跡法和基于生態(tài)熱力學(xué)的修正方法提出了休現(xiàn)傭的概念，張芳怡⒀、王建源⒁、王明全⒂等人曾利用能值改進(jìn)的生態(tài)足跡方法計算了江蘇省、山東省、黑龍江省和云南省的生態(tài)足跡、生態(tài)承載力和生態(tài)赤字，以此為基礎(chǔ)評價了各省的可持續(xù)發(fā)展?fàn)顩r和潛力。”

1 基于能值的生態(tài)足跡模型

“生態(tài)足跡法由Wi l l iam Rees于1992年提出并由Wackernagel進(jìn)一步完善的生態(tài)資本的核算方法⒃。”該方法通過計算特定區(qū)域內(nèi)消費(fèi)及廢棄物排放所需要的生物或生態(tài)產(chǎn)性面積(biological or ecological productive area)來表征發(fā)展造成的生態(tài)負(fù)荷(即生態(tài)足跡需求),用該區(qū)域能夠提供的生態(tài)生產(chǎn)性土地面積表征其生態(tài)承載力。“生態(tài)足跡的計算基于以下基本事實(shí)⒄:①人類消費(fèi)的絕大多數(shù)資源、能源及其所產(chǎn)生的廢棄物的數(shù)量可確定；②這些資源和廢棄物大多能折算成生產(chǎn)和吸收這些資源和廢棄物的生態(tài)生產(chǎn)面積。生態(tài)足跡分析的一個基本假設(shè)是：各類土地在空間上互斥。如一塊土地被用來修建樓房,就不可能同時用作耕地或其它用地。任何已知人口(一個地區(qū)或一個國家)所能獲得的自然資源(可更新資源)與消費(fèi)的各種資源及消費(fèi)這些資源時產(chǎn)生的廢棄物所對應(yīng)的能值面積.它包括兩方面的含義，一方面是人類所能獲得的自然資源對應(yīng)的能值面積,稱為能值承載力；另一方面是人類消費(fèi)的自然資源及消費(fèi)這些資源產(chǎn)生的廢棄物所對應(yīng)的能值面積，稱為能值生態(tài)足跡⒅。”

(1)能值生態(tài)足跡

式中,Ef為人均能值足跡(hm2或m2)；i為消費(fèi)資源類型；ai為人均第i種資源消費(fèi)對應(yīng)的能值面積(hm2或m2)；ci為人均第i種資源消費(fèi)的能值數(shù)量,單位為太陽能焦耳(Solar emjoules；縮寫為Sej)；p1為區(qū)域能值密度,即單位時間(1年)單位面積(m2)上的能值數(shù)量,單位為Sej·m-2·a-1。在計算區(qū)域總能值時，主要考慮N種可更新資源的能值：太陽輻射能、風(fēng)能、雨水化學(xué)潛能、雨水勢能及地球旋轉(zhuǎn)能，為避免重復(fù)計算，以其中最大能值作為區(qū)域總能值。

(2)能值生態(tài)承載力

研究自然資本的變化是測量可持續(xù)發(fā)展的重要方法之一，當(dāng)自然的資本輸入輸出處于平衡狀態(tài)的時候說明已達(dá)到可持續(xù)發(fā)展，所以我們能消耗的能源不能超過可更新能源的產(chǎn)出量，此時的能值量為生態(tài)承載力。因此，計算能值生態(tài)承載力的公式是：

式中，Ec表示人均能值生態(tài)承載力；e表示可更新資源的人均太陽能值；Pc表示全球平均能值密度。

(3)生態(tài)赤字

將計算的各消費(fèi)項目的人均生態(tài)足跡匯總，與人均生態(tài)承載力進(jìn)行比較，計算得到生態(tài)赤字或盈余，從而衡量研究區(qū)域的可持續(xù)發(fā)展?fàn)顩r。

2 北京市2001～2010年能值生態(tài)足跡與能值生態(tài)承載力

(1)研究區(qū)域概況

北京地處北緯39°56’，東經(jīng)116°20’，西北毗鄰山西，內(nèi)蒙古高原，南與華北大平原銜接，東近渤海，平均海拔44.4米。北京的氣候?yàn)榈湫偷呐瘻貛О霛駶櫞箨懶约撅L(fēng)氣候，夏季高溫多雨，冬季寒冷干燥，春、秋短促。北京太陽輻射量全年平均為112-136千卡/厘米。年平均降雨量483.9毫米，為華北地區(qū)降雨最多的地區(qū)之一。

(2)結(jié)果與分析

根據(jù)能值生態(tài)足跡、能值生態(tài)承載力的概念與計算方法，對北京市2001～2010年的年能值生態(tài)足跡與能值生態(tài)承載力進(jìn)行了計算與分析。

對人均生態(tài)足跡進(jìn)行結(jié)構(gòu)性分析發(fā)現(xiàn)，5類生物生產(chǎn)性土地對生態(tài)足跡貢獻(xiàn)的大小順序?yàn)椋夯茉从玫丞兏丞儾莸丞兯颟兞值亍ｋS著北京市的社會經(jīng)濟(jì)的發(fā)展人均能值生態(tài)足跡呈上升趨勢，尤其是能源消費(fèi)量上升速度驚人，到2004年化石能源用地已超過人均承載力，而且化石能源用地占有量達(dá)到了全部能值生態(tài)足跡的83%，年均增長率達(dá)到了15.16%。人均赤字一直處于高速增長階段，年均增長率達(dá)到18.98%。

表1 北京市2001～2010年能值生態(tài)足跡與能值生態(tài)承載力Table 1 Calculations for emergy footprint and emergy carrying capacity in Beij ing(2001～2010)

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由圖1可看出北京市2001～2010年資源利用效率不斷在提高。但2009年開始有些反彈趨勢。

3 結(jié)論

(1)節(jié)約能源，調(diào)整產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)，逐步減緩生態(tài)足跡的增加并優(yōu)化生態(tài)足跡結(jié)構(gòu)，是北京面臨的一項艱巨任務(wù)。目前浙江省生態(tài)足跡仍在快速增長，并且化石燃料和電力是其主要貢獻(xiàn)者，亟待關(guān)注生態(tài)足跡結(jié)構(gòu)失調(diào)現(xiàn)象。今后應(yīng)通過開展節(jié)能措施，開發(fā)利用新能源，控制化石能源和電力的消耗量，將遏制生態(tài)足跡的快速增長作為一項長期戰(zhàn)略。

(2)繼續(xù)保持高效的資源能源利用效率。萬元G D P生態(tài)足跡逐年減小的趨勢表明北京市資源能源利用效率在不斷提高，體現(xiàn)了經(jīng)濟(jì)與環(huán)境的協(xié)調(diào)共贏，應(yīng)該繼續(xù)保持這種良好的發(fā)展態(tài)勢。

注 釋：

①陶在樸.生態(tài)包袱與生態(tài)足跡.北京：經(jīng)濟(jì)科學(xué)出版社.2003.3～10.

②Chen DJ, Cheng GD, Xu ZM, Zhang ZQ, Ecological footprint of the Chinese population, environment and development. Environmental Conservation, 31 (1)： MAR 2004.63～68.

③WWF,1999. Living Planet Report 1999. World Wide Fund for Nature,Gland,Switzerland.

④WWF,2000. Living Planet Report 2000. World Wide Fund for Nature,Gland,Switzerland.

⑤WWF,2002. Living Planet Report 2002. World Wide Fund for Nature,Gland,Switzerland.

⑥徐中民,張志強(qiáng),程國棟.甘肅省 1998 年生態(tài)足跡計算與分析.北京.地理學(xué)報.Vol.55,No 5, 2000.607 ～616.

⑦Kimberley Warren-Rhodes, Albert Koenig, 2001. Ecosystem appropriation by Hong Kong and its implications for sustainable development. Ecological Economics, 39：347～359.

⑧Jiun-Jiun Ferng, Using composition of land multiplier to estimate ecological footprints associated with production activity. Ecological Economics, 37： 2001. 159～172.

⑨劉宇輝, 彭希哲.中國歷年生態(tài)足跡計算與發(fā)展可持續(xù)性評估.北京.生態(tài)學(xué)報.Vol.24, No.10,2004. 2257～2262.

⑩C. Monfreda,1, M. Wackernagel, D. Deumling, 2004.Establishing national natural capital accounts based on detailed Ecological Footprint and biological capacity assessments. Land Use Policy, 21：231～246.

⑾趙晟,吳常文.中國、韓國 1980～2006 年能值足跡與能值承載力.北京.環(huán)境科學(xué)學(xué)報,2009,10.2231～2240.

⑿Mathis Wackernagel, Larry Onisto, Patricia Bello, Alejandro Callejas Linares, Ina Susana Lo?pez Falfa?n, Jesus Me?ndez Garca, Ana Isabel Sua?rez Guerrero, Ma. Guadalupe Sua?rez Guerrero. 1999. National natural capital accounting with the ecological footprint concept. Ecological Economics, 29： 375～390.

⒀徐中民,張志強(qiáng),程國棟,陳東景.中國 1999 年生態(tài)足跡計算與發(fā)展能力分析.用生態(tài)學(xué)報 .Vol.14, No.2,2003.280～285.

⒁王書華，毛漢英, 王忠靜.生態(tài)足跡研究的國內(nèi)外近期進(jìn)展.自然資源學(xué)報.2002, 17 (6) ： 776～ 782.

⒂張芳怡，濮勵杰，張 健. 基于能值分析理論的生態(tài)足跡模型及應(yīng)用[J]. 自然資源學(xué)報,2006,7.653～660.

⒃Mathis Wackernagel, Chad Monfreda,Karl-Heinz Erb,Helmut Haberl, Niels B. Schulz, 2004. Ecological footprint time series of Austria, the Philippines, and South Korea for 1961–1999： comparing the conventional approach to an ‘a(chǎn)ctual land area’approach. Land Use Policy, 21：261～269.

⒄ Helmut Haberl,Karl-Heinz Erb, Fridolin Krausmann,2001. How to calculate and interpret ecological footprints for long periods of time： the case of Austria 1926–1995. Ecological Economics, 38：25～45.

⒅(加)馬希斯·威克那格(Mathis Wackernagel)，(加)威廉·雷斯(William E.Rees)著?;?李永展,李欽漢譯.生態(tài)足跡?：?減低人類對地球的沖擊.臺北：創(chuàng)興出版社,?2000：53～88.

⒆北京市統(tǒng)計局. 北京統(tǒng)計年鑒 2001～2010. 北京： 中國統(tǒng)計出版社.2002～2011.